Microbiologie sans limites
Orbitales électroniques
Les orbitales électroniques sont des représentations tridimensionnelles de l’espace dans lequel un électron est susceptible de se trouver.
Objectifs d’apprentissage
Distinguer les orbitales électroniques dans le modèle de Bohr par rapport aux orbitales de la mécanique quantique
Points clés
Points clés. Points
- Le modèle de Bohr de l’atome ne reflète pas précisément la façon dont les électrons sont répartis dans l’espace autour du noyau car ils ne tournent pas autour du noyau comme la terre tourne autour du soleil.
- Les orbitales des électrons sont le résultat d’équations mathématiques issues de la mécanique quantique connues sous le nom de fonctions d’onde et peuvent prédire avec un certain niveau de probabilité où un électron pourrait se trouver à un moment donné.
- Le nombre et le type d’orbitales augmentent avec le numéro atomique, remplissant diverses coquilles électroniques.
- La zone où un électron est le plus susceptible de se trouver est appelée son orbitale.
Termes clés
- coquille électronique : Les états collectifs de tous les électrons d’un atome ayant le même numéro quantique principal (visualisé comme une orbite dans laquelle les électrons se déplacent).
- orbitale : Spécification de la densité d’énergie et de probabilité d’un électron en tout point d’un atome ou d’une molécule.
Bien qu’utile pour expliquer la réactivité et la liaison chimique de certains éléments, le modèle de Bohr de l’atome ne reflète pas précisément la façon dont les électrons sont répartis dans l’espace autour du noyau. Ils ne tournent pas autour du noyau comme la terre autour du soleil, mais se trouvent plutôt dans des orbitales électroniques. Ces formes relativement complexes résultent du fait que les électrons ne se comportent pas seulement comme des particules, mais aussi comme des ondes. Les équations mathématiques de la mécanique quantique, connues sous le nom de fonctions d’onde, peuvent prédire, avec un certain niveau de probabilité, où un électron peut se trouver à tout moment. La zone où un électron a le plus de chances de se trouver est appelée son orbitale.
Première coquille électronique
L’orbitale la plus proche du noyau, appelée orbitale 1s, peut contenir jusqu’à deux électrons. Cette orbitale est équivalente à la coquille électronique la plus interne du modèle de Bohr de l’atome. On l’appelle l’orbitale 1s parce qu’elle est sphérique autour du noyau. L’orbitale 1s est toujours remplie avant toute autre orbitale. L’hydrogène possède un électron ; par conséquent, un seul point de l’orbitale 1s est occupé. Ce point est désigné par 1s1, où le 1 en exposant fait référence à l’électron de l’orbitale 1s. L’hélium possède deux électrons ; il peut donc remplir complètement l’orbitale 1s avec ses deux électrons. On parle alors de 1s2, en référence aux deux électrons de l’hélium dans l’orbitale 1s. Sur le tableau périodique, l’hydrogène et l’hélium sont les deux seuls éléments de la première rangée (période) ; c’est parce qu’ils sont les seuls éléments à n’avoir des électrons que dans leur première coquille, l’orbitale 1s.
Seconde coquille d’électrons
Diagramme des orbitales S et P : Les sous-coquilles s ont la forme de sphères. Les deux coquilles principales 1n et 2n ont une orbitale s, mais la taille de la sphère est plus grande dans l’orbitale 2n. Chaque sphère est une orbitale unique. Les sous-coques p sont constituées de trois orbitales en forme d’haltères. La coquille principale 2n possède une sous-coquille p, mais pas la coquille 1.
La deuxième coquille électronique peut contenir huit électrons. Cette coquille contient une autre orbitale s sphérique et trois orbitales p en forme d' »haltères », chacune pouvant contenir deux électrons. Une fois que l’orbitale 1s est remplie, la deuxième coquille électronique est remplie, en remplissant d’abord son orbitale 2s, puis ses trois orbitales p. Lors du remplissage des orbitales p, les orbitales s sont remplies. Lorsque l’on remplit les orbitales p, chacune d’entre elles prend un seul électron ; une fois que chaque orbitale p a un électron, on peut en ajouter un deuxième. Le lithium (Li) contient trois électrons qui occupent les première et deuxième coquilles. Deux électrons occupent l’orbitale 1s et le troisième remplit l’orbitale 2s. Sa configuration électronique est 1s22s1. Le néon (Ne), quant à lui, possède un total de dix électrons : deux se trouvent dans l’orbitale 1s la plus interne, et huit remplissent sa deuxième enveloppe (deux dans l’orbitale 2s et trois dans l’orbitale p). Ainsi, c’est un gaz inerte et énergétiquement stable : il forme rarement une liaison chimique avec d’autres atomes.
Troisième coquille électronique
Les éléments plus grands possèdent des orbitales supplémentaires, constituant la troisième coquille électronique. Les sous-coquilles d et f ont des formes plus complexes et contiennent respectivement cinq et sept orbitales. La coquille principale 3n possède des sous-coquilles s, p et d et peut contenir 18 électrons. L’enveloppe principale 4n possède des orbitales s, p, d et f et peut contenir 32 électrons. En s’éloignant du noyau, le nombre d’électrons et d’orbitales présents dans les niveaux d’énergie augmente. En progressant d’un atome à l’autre dans le tableau périodique, la structure électronique peut être élaborée en plaçant un électron supplémentaire dans la prochaine orbitale disponible. Bien que les concepts de coquilles électroniques et d’orbitales soient étroitement liés, les orbitales fournissent une représentation plus précise de la configuration électronique d’un atome, car le modèle orbital spécifie les différentes formes et orientations spéciales de toutes les places que les électrons peuvent occuper.